Americké firmy a instituce doufají, že se blíží okamžik, kdy již nebudou v dopravě lidí na oběžnou dráhu závislé na ruských Sojuzech. Je to ovšem komplikovaný proces s celou řadou kroků. Jedním z nich je ověření bezpečnosti nových amerických lodí pro lety s posádkou.
Možná si ještě vzpomenete, že společnosti Boeing v loňském roce provedla zkoušku úniku posádky ze startovací rampy, která byla součástí tohoto programu. Méně už si možná pamatujete, že konkurenční společnost SpaceX provedla stejný test u své lodi Crew Dragon už téměř před pěti lety. A 18. ledna by měla postoupit o krok dále a provést zkoušku záchranny posádky za letu (kterou mimochodem Boeing na základě dohody se zadavatelem, tedy NASA, provádět vůbec nebude).
Jak by měl test vypadat, víme poměrně dlouho. Na podzim 2018 se objevila oficiální ekologická studie (ke stažení v PDF) Federální letecké správy (FAA), ve které SpaceX podrobně vysvětluje, jak přesně bude únikový test probíhat. Již od té chvíle je tedy známo, jaká bude použita raketa, zda bude možné zachránit první stupeň, jestli bude druhý stupeň jen maketa, a jak bude Crew Dragon po přistání dopraven do přístavu.
K dispozici je i oficiální video plánovaného průběhu testu:
Hlavním cílem testu je ověřit funkčnost bezpečnostního únikového systému lodi Crew Dragon, který má v nouzové situaci během letu (například při selhání rakety) odnést loď i s posádkou do bezpečí. Raketa Falcon 9 s lodí Crew Dragon v rámci testu odstartuje z rampy LC-39A v Kennedyho vesmírném středisku na Floridě na standardní trajektorii, kterou využívají mise na ISS (pouze s rozdílným azimutem, aby se snížilo riziko dopadu trosek na pevninu).
Falcon 9 dosáhne během letu rychlosti přibližně Mach 1. Je naprogramován tak, aby poté vypnul motory a simuloval tak ztrátu tahu. Motory se zastaví v okamžiku maximálního dynamického namáhání (max Q) zhruba 88 sekund po startu. V tu chvíli by na raketu měl působit tlak kolem 26 kPa, což je pro představu 70krát vyšší tlak, než jaký byste cítili, kdybyste při jízdě autem rychlostí 100 km/h vystrčili ruku z okénka.
Loď Dragon by následně měla detekovat ztrátu tahu a aktivovat únikový systém, čímž dojde k nastartování motorů SuperDraco. Loď zároveň vyšle signál prvnímu stupni, aby vypnul motory (i když to bude v tomto konkrétním případě zbytečné), a poté se Dragon oddělí od rakety v místě, kde je ke druhému stupni připojen tzv. trunk (Nehermetizovaná část lodi Dragon. Její dutý vnitřek se někdy používá pro přepravu nákladu, jenž snese podmínky vesmírného vakua. Umožňuje také likvidaci odpadu z ISS – po odpojení od stanice je trunk spolu s panely odhozen a shoří v atmosféře.)
Dragon bude poháněn motory SuperDraco až do jejich vypnutí a následně poletí setrvačností až do výšky, kterou dokument uvádí ve velmi širokém rozmezí: 27–72 km. Pak odpadne trunk (ten je kvůli zvýšení stability v letu vybaven křidélky). Malé korekční trysky Draco následně natočí Dragon do polohy pro návrat a loď začne klesat zpět k Zemi. Ve výšce kolem 10 km se vystřelí brzdicí padáky a ve výšce necelých dvou kilometrů pak budou vypuštěny hlavní padáky. Dragon přistane do moře ve vzdálenosti 31 km od pobřeží.
Crew Dragon
Nyní se podívejme na konkrétní hardware, který bude při tomto testu použit. Crew Dragon má reprezentovat finální letovou konfiguraci této lodi a bez nákladu má hmotnost zhruba 7 700 kg. Všechny systémy a komponenty, které jsou pro únikový test nutné, budou ve stejné konfiguraci jako Crew Dragon na ostrých misích s posádkou. Systémy, které nejsou pro test nutné, budou odstraněny nebo zjednodušeny.
Plánovaná trajektorie Crew Dragonu během testu
Pro test měl být původně použit Crew Dragon z nepilotované demonstrační mise DM-1, avšak ten byl zničen při explozi v dubnu 2019. Místo toho tedy bude test proveden s novým Dragonem C205, který měl původně letět na misi DM-2.
Tento exemplář uspěl tam, kde jeho předchůdce špatně skončil. V listopadu 2019 tento Crew Dragon úspěšně absolvoval nápravný statický zážeh svých motorů Draco a SuperDraco, stejný test, při němž došlo k explozi. SpaceX před provedením zkoušek upravilo tlakovací systém lodi, aby se katastrofa neopakovala.
Crew Dragon určený pro únikový test za letu během příprav v lednu 2020
Přípravy Crew Dragonu určeného pro únikový test za letu
Statický zážeh motorů SuperDraco v listopadu 2019
Dragon bude během únikového testu obsahovat přibližně 2 500 kg pohonných látek, z čehož přibližně 1 500 kg tvoří oxid dusičitý a zbytek monomethylhydrazin. Po testu v Dragonu zůstane přibližně 1 000 kg pohonných látek. Typický únikový manévr tedy spotřebuje 1 500 kg paliva a okysličovadla.
Falcon 9
Co se týče nosiče, tedy použitého Falconu 9, před zveřejněním dokumentů o letu na stránkách FAA je hlavní otázkou, zda se první stupeň po provedení testu pokusí přistát. Mezi fanoušky se o tom vášnivě diskutovalo, protože se v otázce přistání dá dobře argumentovat pro i proti.
Jak se ukázalo, pravdu měly tak trochu oba tábory. Dokument FAA prozrazuje (a Elon Musk potvrdil), že SpaceX původně zvažovalo během testu provést přistání prvního stupně na pevninské plošině LZ-1. Parametry testu ale vyžadovaly oddělení Dragonu během nejvyššího zatížení, a z tohoto bodu se stupeň nedokáže vrátit k přistání na pevninu.
Společnost také zvažovala variantu, že by první stupeň byl po oddělení Dragonu znovu zažehnut a letěl dál nad Atlantik, kde by buď přistál na mořské plošině OCISLY nebo dopadl do oceánu ve vzdálenosti 200–300 km od pobřeží. To ovšem nakonec také není možné - společnost by totiž musela nejdříve získat potvrzení o správné funkci destrukčního systému rakety i v situaci, kdy se od ní oddělí Dragon.
SpaceX se tedy nakonec o přistání prvního stupně nepokusí a Falcon 9 pro tento test nebude vůbec vybaven přistávacími nohami ani roštovými kormidly. Raketa bude po oddělení Dragonu neovladatelná a podle dokumentu se oba stupně po pár sekundách letu po balistické křivce rozpadnou zhruba 3–7 km po směru letu. Trosky, které dopadnou do moře, se SpaceX pokusí vylovit. Oblast předpokládaného dopadu trosek, ukazuje následující tweet:
The Falcon 9 booster is expected to break apart following the abort. The debris is anticipated to fall into the area shown below. SpaceX intends to recover all floating debris. https://t.co/DL1VD6m6IL
Není tedy divu, že půjde o kus, který již má něco odslouženo. Falcon 9 bude ve variantě Block 5 s již třikrát použitým prvním stupněm B1046, pro který to tak bude již čtvrtý start (v minulosti absolvoval mise Bangabandhu-1, Merah Putih a SSO-A). Jedná se o vůbec první vyrobený exemplář ve variantě Block 5.
Kromě chybějícího přistávacího vybavení se bude raketa od běžného Falconu 9 lišit také tím, že motory nebudou disponovat plným množstvím samozápalné směsi TEA-TEB (triethylhliník-triethylboran), která se používá pro opakované zážehy motorů během letu a přistání (což u této mise nebude potřeba). Nedostatek této směsi mimochodem zapříčinil nezdařené přistání centrálního stupně Falconu Heavy.
První stupeň Falconu 9 B1046.4 určený pro únikový test Crew Dragonu v hangáru u rampy LC-39A v říjnu 2019
Dalším velkým rozdílem bude, že druhý stupeň sice bude standardní, ale bude mu chybět spousta komponent včetně motoru Merlin 1D, konkrétně verze motoru optimalizovaného pro chod ve vakuu. Na stupni byste tedy marně hledali například spalovací komoru, turbočerpadlo, vektorovací hardware a další součástky, které by byly na této misi zbytečné, neboť bude ukončena předčasně. Druhý stupeň bude v podstatě vybaven jen komponenty potřebnými k tankování pohonných hmot do nádrží, které proběhne běžným způsobem.
Raketa bude vybavena autonomním sebedestrukčním systémem pro případ, že selže jinak než podle plánu nebo se odchýlí od nominální trajektorie. Jediným rozdílem oproti běžné konfiguraci destrukčního systému bude absence pyrotechnického ventilu pro přerušení tahu motoru druhého stupně.
Falcon 9 pro únikový test absolvoval 11. ledna 2020 úspěšný statický zážeh motorů Merlin na rampě LC-39A. Na rozdíl od mise DM-1 však byl zážeh proveden bez Crew Dragonu. Ten byl k raketě připojen až později.
Statický zážeh Falconu 9 před testem úniku Crew Dragonu
Vylovení Dragonu
Průběh záchrany Crew Dragonu po přistání do moře bude velmi podobný vylovení nákladní lodi Dragon po návratu z ISS. SpaceX má s tímto procesem hodně zkušeností, ale únikový test se bude v některých ohledech lišit. U vylovení například bude asistovat více lodí než u nákladního Dragonu, takže celá operace bude o něco komplikovanější.
Záchranu ale naopak usnadní to, že Crew Dragon bude mít po únikovém testu mnohem méně zbytkového hypergolického paliva, které je toxické a žíravé. Palivo se používá v motorech Draco a SuperDraco, a nádrže jsou společné. Zažehnutí motorů SuperDraco během úniku od rakety však zhruba 60 % paliva spotřebuje. Při běžném návratu Crew Dragonu z oběžné dráhy, kdy nedojde k aktivaci únikového systému, v lodi pravděpodobně zůstane nespotřebovaného paliva více.
A jak se SpaceX vypořádá s potenciálním únikem hypergolického paliva po přistání? Očekává se, že loď i nádrže budou po přistání utěsněny, ale záchranný tým se i tak k lodi nejdříve přiblíží s dýchacími přístroji a provede vizuální kontrolu lodi. Také ověří, zda nedošlo k úniku zbytkového paliva. Po vylovení lodi budou palivové a heliové nádrže před návratem do přístavu odtlakovány. Crew Dragon bude odvezen do přístavu Port Canaveral nebo k molu u Cape Canaveral Air Force Station.
Loď GO Searcher s helipadem a jeřábem na vylovení Crew Dragonu
Crew Dragon během vylovení z vody při misi DM-1
Crew Dragon určený pro únikový test za letu během příprav v lednu 2020
K dispozici jsou dva způsoby vylovení – primární a záložní. Primární metoda je podobná současnému nákladnímu Dragonu – jeřáb záchranné lodi GO Searcher nebo GO Navigator vyloví kabinu z vody a umístí ji na palubu. Záložní metoda spočívá v odvlečení Dragonu zpět do přístavu Port Canaveral pomocí nafukovacího raftu.
Raft v minulosti fanoušci spatřili v přístavu v Los Angeles a spekulovalo se o jeho účelu. Vzhledem k tomu, že se nacházel hned vedle lodi Mr. Steven (dnes Ms. Tree), někteří se mylně domnívali, že bude používán během pokusů o záchranu aerodynamických krytů, nebo dokonce při motorickém přistání Crew Dragonu.
Závěr
Pro někoho možná bude zklamáním, že během testu nedojde k přistání prvního stupně, ale i tak by se snad mělo jednat o zajímavou podívanou. Pro ilustraci se můžete podívat na test úniku Dragonu z rampy z roku 2015 a také na zkoušku úniku za letu suborbitální rakety New Shepard společnosti Blue Origin. A pokud vás zajímají záchranné systémy kosmických lodí podrobněji, rozhodně si přečtěte náš trojdílný seriál o této problematice.
SpaceX a NASA plánují test úniku za letu provést 18. ledna 2020 mezi 14:00 a 18:00 SEČ. Pokud bude úspěšný a SpaceX brzy poté dokončí certifikaci padákového systému Crew Dragonu, první pilotované misi DM-2 už vlastně nebude stát nic v cestě. Další podrobnosti, aktuální informace a odkazy na živé přenosy z únikového testu Crew Dragonu najdete na jeho profilu.
Článek vznikl pro server ElonX.cz, který se věnuje aktivitám Elona Muska, primárně pak firmy SpaceX. Text byl redakčně upraven, originál najdete zde.
